题目
微分方程 yy'' + 2(y')^2 = 0 的通解为()A. y^3 = C_1x + C_2B. y^2 = C_1x + C_2C. y^3 = C_1x^2 + C_2D. y^2 = C_1x^2 + C_2
微分方程 $yy'' + 2(y')^2 = 0$ 的通解为()
A. $y^3 = C_1x + C_2$
B. $y^2 = C_1x + C_2$
C. $y^3 = C_1x^2 + C_2$
D. $y^2 = C_1x^2 + C_2$
题目解答
答案
A. $y^3 = C_1x + C_2$
解析
考查要点:本题主要考查二阶微分方程的降阶解法,通过变量替换将方程转化为可分离变量的一阶微分方程,进而求解通解。
解题核心思路:
- 变量替换:设 $p = y'$,利用链式法则将 $y''$ 表示为 $p \frac{dp}{dy}$,从而将原方程降阶为关于 $p$ 和 $y$ 的一阶方程。
- 分离变量积分:通过分离变量法求解降阶后的方程,得到 $y'$ 的表达式。
- 二次积分:对 $y'$ 再次积分,得到原方程的通解。
破题关键点:
- 正确处理变量替换,将二阶方程转化为一阶方程。
- 分离变量积分时注意积分常数的引入和合并。
步骤1:变量替换降阶
设 $p = y'$,则 $y'' = p \frac{dp}{dy}$。代入原方程 $yy'' + 2(y')^2 = 0$,得:
$y \cdot p \cdot \frac{dp}{dy} + 2p^2 = 0.$
步骤2:分离变量求解
整理方程:
$\frac{dp}{p} = -\frac{2}{y} dy.$
两边积分:
$\ln |p| = -2 \ln |y| + C_1 \implies p = \frac{C_1}{y^2}.$
即 $y' = \frac{C_1}{y^2}$。
步骤3:二次积分求通解
分离变量并积分:
$\int y^2 dy = \int C_1 dx \implies \frac{y^3}{3} = C_1 x + C_2.$
整理得通解:
$y^3 = C_1 x + C_2.$